La mesure de la mobilité électrophorétique est faite à partir de l’analyse des trajectoires des particules à l’aide d’un microscope et d’un logiciel d’analyses d’images. Les mesures de mobilité électrophorétique ont été réalisées avec un zêtaphoremetre IV’’ Z 4000 de la société CAD instrumentation. L’appareil est constitué d’un microscope optique muni d’un laser de 2mW He/Ne et surmonté d’une caméra vidéo CCD. Celle-ci est reliée à une unité centrale qui permet l’analyse des images des particules illuminées par le laser. La cellule de mesure est en quartz et munie d’électrodes en Pd à chaque extrémité. Un appareillage électronique permet d’imposer le champ électrique au niveau des deux électrodes. Le champ électrique créé est de 80 V/cm alternativement dans les deux directions.
1. Réglages préliminaires de l’appareil a) Plan stationnaire/Electroosmose
Lors de nos expériences, toutes les mesures ont été effectuées au niveau du plan stationnaire supérieur. Afin de pouvoir se positionner au niveau correspondant dans la cellule de mesure, une solution diluée de lait est introduite pour déterminer la position de la paroi supérieure du capillaire. Les lipoprotéines du lait ont tendance à se fixer sur les parois et sont parfaitement visibles par diffusion de la lumière du laser. Lorsque des molécules se sont fixées au niveau de la paroi, elles restent immobiles même lorsque est imposé un courant dans la cellule de mesure. La mise au point du microscope sur ces molécules immobiles, permet de déterminer la hauteur de la paroi supérieure grâce au capteur de hauteur situé sur la plateforme mobile. Une fois cette valeur entrée dans le logiciel de calibration, celui-ci donne par calcul géométrique la hauteur correspondante au plan stationnaire supérieur. La hauteur de la plateforme doit alors être alignée sur cette valeur.
b) Calibration de la conductivité
Lors des mesures de mobilité électrophorétique, la conductivité de la solution est aussi mesurée. L’étalonnage s’effectue en début d’expérience avec une solution de 10-2 M de KCl.
2. Mesures de mobilité électrophorétique
Les mesures de mobilité électrophorétiques ont été effectuées pour différentes forces ioniques et pH allant, respectivement, de 0.001 à 0.1 M NaCl et de 1 à 11. Le protocole de mesure est le même que dans le cas des titrages acido-basiques à temps de résidence courts. Le prélèvement de 3x8mL de suspension de diatomées est ajusté au pH souhaité par ajout de HNO3 ou de NaOH sans modifier la force ionique de la solution. Le volume mort de la cellule et des tuyaux est de 8mL environ. Trois mesures ont effectuées pour chaque pH en renouvelant la solution pour chaque point de mesure. Les incertitudes sont données par la dispersion des points expérimentaux. Elles sont de 5% en moyenne, mais elles peuvent atteindre jusqu’à 20% à proximité du point isoélectrique.
b) Mesures avec exposition aux métaux
Deux techniques sont utilisées pour mesurer le potentiel zêta en présence des métaux Pb et Zn: la mesure en continu et la mesure dans un réacteur à temps de résidence limité. Dans les deux cas, le pH est maintenu constant. Mesure en continu : Elle consiste à préparer une solution mère contenant 100 mL d’AMIN à 1g/L + NaNO3 (8 mL à la concentration voulue) + HEPES (5,4 mL à 2,25 mmol/L) à laquelle des quantités de métal sont ajoutées successivement en maintenant le pH constant. Avec cette méthode, les cellules de diatomées restent jusqu’à 3 heures en contact avec le métal, ainsi, une partie de celui-ci peut pénétrer à l’intérieur de la cellule. Mesure dans un réacteur à temps de résidence limité: Elle consiste à préparer 400mL d’une suspension d’AMIN dans NaNO3 à 0,01M + 21 mL de HEPES. 24,9 mL de cette solution sont prélevés dans un pilulier à laquelle est ajoutée la quantité choisie de métal. Cette solution est analysée par microélectrophorèse. Dans un autre pilulier est ensuite préparée une nouvelle solution avec une concentration en métal différente. Ce protocole est répété pour toutes les concentrations en métal investiguées. Ainsi, le temps d’exposition des diatomées au métal lors de chaque mesure n’est que de 5 minutes, ce qui ne permet pas la pénétration dans la cellule de quantités significatives de métal.
VII. SPECTROSCOPIE DE PHOTOELECTRONS-X (ESCA
OU XPS)
La spectroscopie des photoélectrons qui est aussi connue sous le nom d’ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analyses) est une méthode qui consiste à analyser l’énergie des photoélectrons émis par la surface d’un solide sous l’effet d’un faisceau incident de rayons X. L’analyse des photoélectrons peut être utilisée, entre autre, pour déterminer l’analyse chimique et le statut chimique des éléments de la surface ou de la sub-surface superficielle des solides (voir par exemple HOCHELLA, (1988) pour une description détaillée de l’XPS). L’analyse est basée sur la relation fondamentale des photoélectrons (Rutherford, 1914) :
Ek =hν-Eb
dans laquelle Ek est l’énergie d’un photoélectron, hν l’énergie des photons incidents et Eb l’énergie avec laquelle le photoélectron était lié à son atome père. La mesure de Ek permet de remonter à la concentration chimique de l’atome père dans le solide analysé tandis que la détermination de Eb fournit des informations sur le statut et l’environnement chimique de cet atome. La profondeur d’analyse par XPS dépend uniquement de la distance qu’un électron, dans le domaine d’énergie des photoélectrons, peut parcourir sans subir de collision inélastique avec d’autres électrons. Cette distance est très faible, généralement inférieure à une centaine d’angstrœms, ce qui explique l’utilisation de l’XPS pour analyser les régions à proximité de la surface des solides. Appliqué traditionnellement à l’étude des surfaces inorganiques, elle fournit également des informations précieuses sur les surfaces biologiques. Contrairement à l’EXAFS et à l’IR elle permet d’analyser la seule paroi cellulaire.